偃龙煤田偏桥－龙门西矿区地下水径流模式研究

2012-09-18禹志加李倩倩

地下水 2012年6期

禹志加，李倩倩

(河南省煤田地质局二队，河南洛阳471000)

地下水径流是指重力作用下地下水在自然界陆地水循环过程中的流动[1]。在对区域水文地质分析的基础上，可以根据区域水文地质概况及区域地质构造，对地下水的径流模式进行分区。矿区的地下水流动系统是建立在对矿区的地下水的补给、径流、排泄子系统的分析和研究上，以矿区的地层、岩性、构造为框架，充分利用矿区原有的地质资料和矿区内矿井巷道开拓地质资料，了解大的区域构造和区域构造对含水层的影响，分析并确定含水层的各个水文地质参数。在对区域构造及岩性分析的基础上，利用矿区的水文地质概况概化水文地质边界，分析整个矿区的补给、径流、排泄的关系;特别是对径流系统的分析，得出各个单元的地下水的径流分区[2]。在偏桥—龙门西一带矿井中，根据地下水动力分区进行相应的矿井防治水，节约了生产成本。

1 矿区水文地质条件

研究区位于偃龙煤田西部，根据区域地层区划，属华北地层区豫西地层分区嵩箕地层小区。区内地层由老到新依次为新太古界登封群(Ar3)、古元古界嵩山群(Pt1)、上元古界震旦系(Z)、下古生界寒武系(∈)及奥陶系(O2)部分地层、上古生界石炭系(C)及二叠系(P)、中生界三叠系和新生界新近系(N)及第四系(Q)。

本区处在华北古板块南缘的嵩箕构造区西部，地跨洛阳断陷和嵩箕断隆，属板内构造区。煤田内主要构造形迹有印支期的NW向断裂构造朝阳—首阳山断层和伊河断层、燕山期的NW向走滑平移断裂、草店断层和五指岭断层以及喜山期由重力滑动所形成的龙门滑体(Htl)和嵩山滑体(Htx)，详见图1。

图1 构造纲要及水文地质单元示意图

本区属嵩山北麓水文地质区的龙门—上庄水文地质亚区之龙门—佛光水文地质单元。龙门—佛光水文地质单元东以嵩山断层为界，西以草店断层为界，南至嵩山分水岭，北至寒武系(或奥陶系)碳酸盐岩顶界标高－800m为界，构成了偃龙矿区西部一个较为完整的水文地质单元，见图1。

本区位于黄河与淮河水系的分水岭地带，矿区南部属中低山区，东部五指岭主峰海拔标高1215.90m。山区沟谷发育，排泄条件良好，泉水出露较多。区域上总体地势为南高北低，东高西低，南部为寒武系构成中低山区，中、北部为第四系覆盖，仅局部零星基岩出露，南北向冲沟发育，有利于地表水的下渗及排泄，该区属黄河流域伊河水系，区内有伊河，伊河受季节性控制变化大，一般流量32.3m3/s。区内发育的马涧河、铁窑河与沙沟河为季节性水流，由南向北注入伊河。东部上庄煤核查区内主要河流为涉村河(坞罗河)，为季节性水流，该河发源于南部嵩山山区，经涉村镇向西北方向经南营、夹津口镇、坞罗水库在回郭镇东部注入伊洛河。

2 构造对矿区水文地质条件的影响

区内有断层及次级小构造的存在，这些构造使矿层及岩体的连续性遭到破坏，由于断层对岩体的切割破坏降低了岩体的强度，并形成软弱面，其间的孔隙度增大，为地下水的储存、运移创造了条件，使地下水在局部地段富集并增大了导水能力，使不同的含水层之间发生水力联系，断层也使煤层与含水层的距离变小，缩短了地下水的运移距离，使原为间接的充水含水层转变为直接充水含水层。据统计，在龙门煤矿的39次突水中，有15个突水点位于在断层破碎带上，其中小突水点3个，中等突水点9个，特大突水点3个，如1970年6月8号在东大巷掘进时遇断层突水，其最大水量为1 330m3/h，1993年12月在二水平轨道下山遇断层突水，其最大水量为2 210m3/h，这两次突水均造成淹井。从突水点分布情况看，多数突水点分布于断层附近，且分布密集，断层造成突水量较大的原因，其一是断层沟通了不同含水层的水力联系;其二是断层破碎带是一个软弱结构面，其强度低，在采矿条件下，原有的平衡条件被打破，在较高的太原组、寒武系岩溶裂隙水的水压作用下，地下水向薄弱地段运移，当断层破碎带的强度不足以抵抗水压时，在断层附近出现突水。断层的存在使矿井的水文地质条件复杂化。因此矿井内构造的存在，使不同含水层发生水力联系并形成地下水富集带，在采掘条件下易突水，给采矿活动带来不利的影响。因此在断层带较近的地段采煤时，应加强矿井水文地质条件的研究并做好防水工作，以免造成淹井。

3 矿区地下水补给、迳流及排泄特征

矿区总体属于上庄—龙门水文地质亚区—佛光—龙门水文地质单元。总体地势为南高北低，东高西低，南北向冲沟发育，有利于地表水的下渗及排泄。各含水层地下水的主要补给来源为大气降水，地表水及各含水层之间的补给，地下水的补给区主要分布于区域东部及南部的基岩裸露区，以嵩山阻水断层为界地下水的迳流方向主要为在偃师市佛光至洛阳市龙门一带，地下水一般由东向西迳流。上庄至佛光一带，地下水一般由东向西、由南向北迳流。

矿区的年降水量316～990.6 mm，平均降水量为583 mm，多集中在7、8、9三个月份，对地下水的补给作用较为明显。一般雨季，该区生产矿井的涌水量增加1.5倍左右。当地机井的水位普遍上升。

区北部的伊河为常年性河流对地下水补给明显;区内西部的马涧河、铁窑河和沙沟河，为伊河支流，流向NNW，旱季断流干枯，雨季(尤其是洪水季节)暴涨暴落，东部涉村河(坞罗河)，该河发源于南部嵩山山区，经涉村镇向西北方向经南营、夹津口镇、坞罗水库、回郭镇东部注入伊洛河，对地下水有一定的补给作用。

区内的东一干渠，还有赵城水库、二龙沟水库和缑阳水库等地表水体，因渠道为粘土碾压而成，坝基、库区由第四系粘土组成或库底淤塞等，渗漏较弱或者微弱，一般对地下水的补给作用不强。但在二1煤层露头附近的陆浑东一干渠放水期间，对地下水的补给较为明显，据永华能源有限公司焦村煤矿观测，一般可使矿井涌水量增加2.5倍以上。

地下水的迳流条件与地形条件、岩性与岩石产状等有关。埋藏在第四系砂砾卵石层中的地下水，开始以垂直运动为主，尔后为水平运动，地下水由东向西迳流。埋藏于基岩中的地下水，接受补给后，先沿岩层倾向向深部运动，尔后再转为水平运动。本区地势南东高，北西低，地下水的迳流方向基本与地势相近。但近些年在生产矿井长期开采的影响之下，本区山西组砂岩含水层和太原组上段石灰岩中的地下水的天然流场已得到了彻底的改变，已经形成生产矿井为中心的降落漏斗，地下水主要从已经形成的降落漏斗周边向其中心迳流。

地下水的排泄方式主要为泉群和人工排泄，泉群排泄位于矿区西部龙门、佛光及东部罗汉寺、申沟、凌沟，人工排泄主要生活用水和农灌之用机井抽水及煤矿排水，其中，煤矿排水对本区水文地质条件变化起了重要作用。见图2。

图2 地下水等水位线及径流图

4 矿区地下水径流模式

经过对本区的地质及水文地质概况的调查研究，得出本区的强径流区、中等径流区和缓径流区，详见图3。

4.1 强径流区

地下水有良好的补给来源且以动储量补给为主，与地表水体水力联系密切。强径流区范围上裂隙、断层的强烈发育且导水性好，含水层之间有越流补给。主要分布于龙门矿、常村矿、龙门河西矿的太原组、奥陶系及寒武系石灰岩含水层中，强径流区补给条件良好，通道较多，断层发育，其排水量在2250～2 320m3/h。是矿井主要排水水源。

4.2 中等径流区

地下水的有效补给来源，范围内的地表水体和下部含水层有水力联系，地下水能够得到有效的补给;径流区范围内有裂隙、断层的发育且有一定的导水性。主要分布龙门矿、常村矿、龙门河西矿的山西组中粗粒砂岩含水层中。中等径流区中补给通道较少，水量十分有限，其渗入方式基本上以第四系潜水沿浅部基岩风化裂隙带及断层带渗入矿井中。其矿井水量约80～150m3/h。